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硝化细菌（英語：nitrifying bacteria）是一群好氧的化能自營生物之統稱，细菌能通过食用无机氮化合物生长^[1]。硝化細菌以二氧化碳为碳源，通过代谢将氨或铵盐氧化成硝酸盐。硝化細菌可以用不含有机碳的培养基培养。许多品种的硝化细菌具有复杂的内部膜系统在关键位置为硝化酶：氨单加氧酶（英语：Ammonia monooxygenase）將氨氧化為羟胺 ，和亚硝酸盐氧化还原酶（英语：nitrite oxidoreductase）將亞硝酸鹽氧化成硝酸盐。

硝化细菌是生活在狭窄环境中的物种，并且被发现有大量氨的地方有相当大的数量的存在（具有大面积的的蛋白分解区，以及污水处理厂）^[2]。在自然界中硝化细菌在湖泊和河流中得以茁壮成长，是因为生物排放了氨含量高的污水，废水和淡水有很高的氨氮输入，海水則略低一些。

在自然界硝化作用是铵（NH+
4）或氨（NH
3），以由两个无处不在的细菌群体催化硝酸盐（NO−
3）一个两步氧化过程。第一反应为由“亚硝化”物种代表的氨氧化细菌（AOB）把铵的氧化为亚硝酸盐。第二个反应是由硝化物种代表的亚硝酸氧化细菌（NOB）把亚硝酸盐（NO−
2）的氧化硝酸盐，^[3][4] 。

在自养硝化细菌中，氨的氧化是一个复杂的过程，需要几种酶，蛋白质和氧气的存在。必要铵氧化为亚硝酸盐过程中获取的能量关键的酶是氨单加氧酶（英语：Ammonia monooxygenase）（AMO）和羟胺氧化还原酶（英语：Hydroxylamine oxidoreductase）（HAO）。

NH
3 + O
2 → NO−
2 + 3 H+
+ 2 -
e (1)

NH
3 + O
2 + 2 H+
+ 2 -
e → NH
2OH + H
2O (1.1)

NH
2OH + H
2O → NO−
2 + 5 H+
+ 4 -
e (1.2)

在自养硝化的第一步骤中产生的亚硝酸盐是由亚硝酸盐还原酶（NXR）（2）氧化成硝酸盐。

NO−
2 + H
2O → NO−
3 + 2 H+
+ 2 -
e (2)

• 硝化作用
• 反硝化作用（Denitrification）
• 培養基
• 硝化反應
• 氮循環
• 固氮作用（Nitrogen fixation）
• 氮缺乏症（英语：Nitrogen deficiency）
• 電子傳遞鏈